Bine ați venit pe site-ul nostru pentru informații despre produse și consultanță.
Site-ul nostru:https://www.vet-china.com/
Pe măsură ce procesele de fabricație a semiconductoarelor continuă să facă progrese, o declarație faimoasă numită „Legea lui Moore” a circulat în industrie. A fost propus de Gordon Moore, unul dintre fondatorii Intel, în 1965. Conținutul său de bază este: numărul de tranzistori care pot fi găzduiți pe un circuit integrat se va dubla aproximativ la fiecare 18 până la 24 de luni. Această lege nu este doar o analiză și o predicție a tendinței de dezvoltare a industriei, ci și o forță motrice pentru dezvoltarea proceselor de fabricație a semiconductoarelor - totul este de a face tranzistori cu dimensiuni mai mici și performanțe stabile. Din anii 1950 până în prezent, aproximativ 70 de ani, au fost dezvoltate un total de tehnologii de proces BJT, MOSFET, CMOS, DMOS și hibride BiCMOS și BCD.
1. BJT
Tranzistor de joncțiune bipolară (BJT), cunoscut sub numele de triodă. Fluxul de sarcină în tranzistor se datorează în principal mișcării de difuzie și de deriva a purtătorilor la joncțiunea PN. Deoarece implică fluxul atât de electroni, cât și de găuri, se numește dispozitiv bipolar.
Privind înapoi la istoria nașterii sale. Din cauza ideii de a înlocui triodele de vid cu amplificatoare solide, Shockley și-a propus să efectueze cercetări de bază asupra semiconductorilor în vara anului 1945. În a doua jumătate a anului 1945, Bell Labs a înființat un grup de cercetare în fizica solid-state condus de Shockley. În acest grup, nu sunt doar fizicieni, ci și ingineri de circuite și chimiști, inclusiv Bardeen, un fizician teoretic, și Brattain, un fizician experimental. În decembrie 1947, un eveniment care a fost considerat o piatră de hotar de către generațiile ulterioare s-a întâmplat cu brio - Bardeen și Brattain au inventat cu succes primul tranzistor cu contact punctual cu germaniu din lume cu amplificare de curent.
Primul tranzistor punct-contact al lui Bardeen și Brattain
La scurt timp după aceea, Shockley a inventat tranzistorul cu joncțiune bipolară în 1948. El a propus ca tranzistorul să poată fi compus din două joncțiuni pn, una polarizată direct și cealaltă polarizată invers și a obținut un brevet în iunie 1948. În 1949, a publicat teoria detaliată. a funcţionării tranzistorului de joncţiune. Mai mult de doi ani mai târziu, oamenii de știință și inginerii de la Bell Labs au dezvoltat un proces pentru a realiza producția în masă a tranzistorilor de joncțiune (etapă de hotar în 1951), deschizând o nouă eră a tehnologiei electronice. Ca recunoaștere a contribuțiilor lor la inventarea tranzistorilor, Shockley, Bardeen și Brattain au câștigat împreună Premiul Nobel pentru Fizică în 1956.
Schema structurală simplă a tranzistorului de joncțiune bipolară NPN
În ceea ce privește structura tranzistoarelor cu joncțiune bipolară, BJT-urile comune sunt NPN și PNP. Structura internă detaliată este prezentată în figura de mai jos. Regiunea semiconductoare de impurități corespunzătoare emițătorului este regiunea emițătorului, care are o concentrație mare de dopaj; regiunea semiconductoare de impurități corespunzătoare bazei este regiunea de bază, care are o lățime foarte subțire și o concentrație de dopaj foarte scăzută; regiunea semiconductoare de impurități corespunzătoare colectorului este regiunea colectorului, care are o suprafață mare și o concentrație de dopaj foarte scăzută.
Avantajele tehnologiei BJT sunt viteza mare de răspuns, transconductanța ridicată (modificările tensiunii de intrare corespund unor modificări mari ale curentului de ieșire), zgomot redus, precizie analogică ridicată și capacitate puternică de conducere a curentului; dezavantajele sunt integrarea scăzută (adâncimea verticală nu poate fi redusă cu dimensiunea laterală) și consumul mare de energie.
2. MOS
Tranzistor cu efect de câmp cu semiconductor din oxid de metal (Metal Oxide Semiconductor FET), adică un tranzistor cu efect de câmp care controlează comutatorul canalului conductor semiconductor (S) prin aplicarea tensiunii la poarta stratului metalic (aluminiu M-metal) și sursă prin stratul de oxid (stratul O-izolant SiO2) pentru a genera efectul câmpului electric. Deoarece poarta și sursa și poarta și scurgerea sunt izolate de stratul izolator SiO2, MOSFET este numit și tranzistor cu efect de câmp de poartă izolată. În 1962, Bell Labs a anunțat oficial dezvoltarea de succes, care a devenit una dintre cele mai importante repere din istoria dezvoltării semiconductoarelor și a pus direct bazele tehnice pentru apariția memoriei semiconductoare.
MOSFET poate fi împărțit în canal P și canal N în funcție de tipul de canal conductiv. În funcție de amplitudinea tensiunii de poartă, aceasta poate fi împărțită în: tip de epuizare - când tensiunea de poartă este zero, există un canal conductiv între dren și sursă; tip de îmbunătățire - pentru dispozitivele cu canale N (P), există un canal conductiv numai atunci când tensiunea la poartă este mai mare decât (mai mică decât) zero, iar MOSFET-ul de putere este în principal tip de îmbunătățire a canalului N.
Principalele diferențe dintre MOS și triodă includ, dar nu se limitează la următoarele puncte:
-Triodele sunt dispozitive bipolare deoarece atât purtătorii majoritari, cât și cei minoritari participă la conducere în același timp; în timp ce MOS conduce electricitatea doar prin purtătorii majoritari în semiconductori și este numit și tranzistor unipolar.
-Triodele sunt dispozitive controlate de curent cu un consum relativ mare de energie; în timp ce MOSFET-urile sunt dispozitive controlate de tensiune cu un consum redus de energie.
-Triodele au o rezistență mare la pornire, în timp ce tuburile MOS au o rezistență la pornire mică, doar câteva sute de miliohmi. În dispozitivele electrice actuale, tuburile MOS sunt în general folosite ca întrerupătoare, în principal pentru că eficiența MOS este relativ ridicată în comparație cu triodele.
-Triodele au un cost relativ avantajos, iar tuburile MOS sunt relativ scumpe.
-În ziua de azi, tuburile MOS sunt folosite pentru a înlocui triodele în majoritatea scenariilor. Numai în unele scenarii cu putere redusă sau insensibile la putere, vom folosi triode având în vedere avantajul de preț.
3. CMOS
Semiconductor complementar de oxid de metal: tehnologia CMOS folosește tranzistoare semiconductoare de oxid de metal complementare de tip p și n de tip (MOSFET) pentru a construi dispozitive electronice și circuite logice. Următoarea figură prezintă un invertor CMOS obișnuit, care este utilizat pentru conversia „1→0” sau „0→1”.
Figura următoare este o secțiune transversală tipică CMOS. Partea stângă este NMS, iar partea dreaptă este PMOS. Polii G ai celor două MOS sunt conectați împreună ca o intrare comună de poartă, iar polii D sunt conectați împreună ca o ieșire de scurgere comună. VDD este conectat la sursa PMOS, iar VSS este conectat la sursa NMOS.
În 1963, Wanlass și Sah de la Fairchild Semiconductor au inventat circuitul CMOS. În 1968, American Radio Corporation (RCA) a dezvoltat primul produs de circuit integrat CMOS, iar de atunci, circuitul CMOS a înregistrat o mare dezvoltare. Avantajele sale sunt consumul redus de energie și integrarea ridicată (procesul STI/LOCOS poate îmbunătăți și mai mult integrarea); dezavantajul său este existența unui efect de blocare (polarizarea inversă a joncțiunii PN este folosită ca izolație între tuburile MOS, iar interferența poate forma cu ușurință o buclă îmbunătățită și poate arde circuitul).
4. DMOS
Semiconductor cu oxid metalic dublu difuz: Similar cu structura dispozitivelor MOSFET obișnuite, are, de asemenea, sursă, scurgere, poartă și alți electrozi, dar tensiunea de defalcare a capătului de scurgere este mare. Se folosește procesul de dublă difuzie.
Figura de mai jos arată secțiunea transversală a unui DMOS standard cu canale N. Acest tip de dispozitiv DMOS este utilizat de obicei în aplicațiile de comutare low-side, unde sursa MOSFET este conectată la pământ. În plus, există un DMOS cu canal P. Acest tip de dispozitiv DMOS este de obicei utilizat în aplicațiile de comutare high-side, unde sursa MOSFET este conectată la o tensiune pozitivă. Similar cu CMOS, dispozitivele DMOS complementare folosesc MOSFET-uri cu canal N și canal P pe același cip pentru a oferi funcții de comutare complementare.
În funcție de direcția canalului, DMOS poate fi împărțit în două tipuri, și anume tranzistor vertical cu efect de câmp cu semiconductor din oxid metalic dublu difuzat VDMOS (Vertical Double-Diffused MOSFET) și tranzistor cu efect de câmp cu semiconductor din oxid metalic dublu difuzat lateral LDMOS (Lateral Double). -MOSFET difuz).
Dispozitivele VDMOS sunt proiectate cu un canal vertical. În comparație cu dispozitivele DMOS laterale, acestea au o tensiune de defecțiune mai mare și capacități de gestionare a curentului, dar rezistența la pornire este încă relativ mare.
Dispozitivele LDMOS sunt proiectate cu un canal lateral și sunt dispozitive MOSFET de putere asimetrică. În comparație cu dispozitivele DMOS verticale, acestea permit o rezistență mai mică și viteze de comutare mai mari.
În comparație cu MOSFET-urile tradiționale, DMOS are o capacitate de pornire mai mare și o rezistență mai mică, așa că este utilizat pe scară largă în dispozitivele electronice de mare putere, cum ar fi întrerupătoarele de alimentare, uneltele electrice și acționările vehiculelor electrice.
5. BiCMOS
Bipolar CMOS este o tehnologie care integrează CMOS și dispozitive bipolare pe același cip în același timp. Ideea sa de bază este de a utiliza dispozitive CMOS ca circuit al unității principale și de a adăuga dispozitive bipolare sau circuite în care sunt necesare sarcini capacitive mari. Prin urmare, circuitele BiCMOS au avantajele integrării ridicate și consumului redus de energie al circuitelor CMOS și avantajele vitezei mari și capacităților de conducere puternice ale circuitelor BJT.
Tehnologia BiCMOS SiGe (germaniu de siliciu) de la STMicroelectronics integrează componente RF, analogice și digitale pe un singur cip, ceea ce poate reduce semnificativ numărul de componente externe și poate optimiza consumul de energie.
6. BCD
Bipolar-CMOS-DMOS, această tehnologie poate realiza dispozitive bipolare, CMOS și DMOS pe același cip, numit proces BCD, care a fost dezvoltat pentru prima dată cu succes de STMicroelectronics (ST) în 1986.
Bipolar este potrivit pentru circuite analogice, CMOS este potrivit pentru circuite digitale și logice, iar DMOS este potrivit pentru dispozitive de putere și de înaltă tensiune. BCD combină avantajele celor trei. După îmbunătățirea continuă, BCD este utilizat pe scară largă în produse din domeniile managementului energiei, achiziției de date analogice și actuatoarelor de putere. Potrivit site-ului web oficial al ST, procesul matur pentru BCD este încă în jur de 100 nm, 90 nm este încă în proiectarea prototipului, iar tehnologia 40nmBCD aparține produselor sale de generație următoare în curs de dezvoltare.
Ora postării: 10-sept-2024